Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Динамика изменения, пути воспроизводства и совершенствования методов оценки плодородия почв Европейской части России
ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика
Автореферат диссертации по теме "Динамика изменения, пути воспроизводства и совершенствования методов оценки плодородия почв Европейской части России"
РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК
ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ АГРОХИМИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
(ЦИНАО)
Г Го ол 3 С >.:дЯ £ЛС0
На правах рукописи
СЫЧЕВ
Виктор Гаврилович
ДИНАМИКА ИЗМЕНЕНИЯ, ПУТИ ВОСПРОИЗВОДСТВА > И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ПЛОДОРОДИЯ почв ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ РОССИИ
06.01.03.-Агропочвоведелие 06.01.04.-Агрохимия
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук
Курск - 2000 г.
удк 631.452:631.416:631.559.003(470.1/6)
Работа выполнена в Центральном научно-исследовательском институте агрохимического обслуживания сельского хозяйства (ЦИНАО).
Научный консультант:
Заслуженный деятель науки Российской Федерации, академик РАСХН, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Василий Григорьевич Мииеев (МГУ).
Официальные оппоненты:
доктор сельскохозяйственных наук, профессор Геннадий Александрович Чуян (ВНИИЗ и ЗПЭ),
доктор сельскохозяйственных наук, профессор Иван Николаевич Чумаченко (ВНИИПТИХИМ),
доктор сельскохозяйственных наук, Дмитрий Сергеевич Булгаков (Почвенный институт им. В.В. Докучаева).
Ведущее предприятие:
Всероссийский научно-исследовательский институт удобрений и агропочвоведения им. Д.Н. Прянишникова (ВИУА)
Защита диссертации состоится «16» июня 2000 года в 10 час. на заседании диссертационного совета Д. 020.61.01. Всероссийского научно-исследовательского института земледелия и защиты почв от эрозии по адресу: 305021, г. Курск, ул. К. Маркса, 70-Б, ВНИИЗ и ЗПЭ.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИЗ и ЗПЭ.
Автореферат разослан « 16 » мая 2000 года. Ученый секретарь
диссертационного совета кандидат биологических наук
М.Г. Агаркова
П 032-6,0
пагяръ) озУо
I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы.
Реформы, начатые в 1991 году в России без научной и экономической проработки, привели к резкому снижению производительности в аграрном секторе экономики, к ухудшению продовольственного обеспечения населения страны.
В результате почти полного прекращения работ по сохранению и повышению плодородия земель во всех регионах России идет быстрое нарастание процессов деградации почв, резкое снижение их плодородия. По этой и другим причинам за последние годы уже выведены из сельскохозяйственного оборота десятки миллионов гектаров земли, посевные площади сократились более чем на 30 млн. га. Сейчас по данным Агрохим-службы 86% площади пашни нуждается в улучшении.
Следовательно, поставлено под угрозу состояние основного фактора успешного функционирования сельского хозяйства страны - плодородия почвы.
Важнейшее свойство почвы - плодородие является главным и определяющим условием уровня продуктивности земледелия. Результаты многочисленных исследований ученых-аграрников, выполненных во всех при-родно-сельскохозяйственных зонах России и многих странах за рубежом, подтверждают это важнейшее положение современного сельского хозяйства. Однако, социально-экономические условия и недооценка важности проблемы в стране привели не только к снижению активности научных исследований в этом направлении, но и потеря накопленных достижений науки и практики по управлению плодородием почв, увеличению продуктивности и устойчивости отечественного земледелия.
Возникла необходимость разработки теоретических основ и новых практических подходов к рациональному использованию плодородия почв, повышению продуктивности земледелия в новых условиях многоукладного землепользования и социально-экономического состояния аграрного сектора в нашей стране.
В настоящей работе на основе данных широкомасштабного агрохимического обследования почв и полевых опытов Агрохимслужбы за период 1965-98 гг., с использованием экономико-статистических показателей, автором проведены исследования динамики изменения агрохимических свойств почв и урожайности сельскохозяйственных культур в основных природно-сельскохозяйственных зонах Европейской части страны (средне-таежная, южнотаежно-лесная, лесостепная, степная, сухостепная), предло-
жены более совершенные методические принципы оценки состояния плодородия почв и пути повышения продуктивности земледелия.
Цель исследований - установить тенденции изменения агрохимических свойств почв в основных природно-сельскохозяйственных зонах за последние 33 года, определить и рекомендовать усовершенствованные методы оценки плодородия пахотных земель и пути повышения продуктивности земледелия Европейской части России в новых социально-экономических условиях.
Основные задачи исследований:
- провести анализ изменения агрохимических свойств почв на основе данных производственного агрохимического обследования во времени в различных природно-сельскохозяйственных условиях;
- провести анализ количественной зависимости урожайности сельскохозяйственных культур от степени окультуренности почв в производственных и опытных условиях;
- определить зависимость урожайности сельскохозяйственных культур от интенсивности баланса органического вещества, извести, элементов минерального питания растений, размеров его приходных и расходных статей в производственных условиях на основе широкомасштабного агрохимического обследования;
- провести оценку методов определения обеспеченности почв подвижными формами фосфора и калия и разработать предложения по их совершенствованию;
- разработать систему экономико-статистических методов для принятия решений по регулированию основных показателей плодородия и продуктивности почв в новых социально-экономических условиях.
Научная новизна. На основе системного анализа состояния плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур в различных природно-сельскохозяйственных зонах Европейской части России проведена количественная оценка зависимости продуктивности земледелия и плодородия почв от уровня применения удобрений в производственных условиях. Предложены новые научные подходы регулирования основных показателей плодородия почв, позволяющие получать высокие урожаи сельскохозяйственных культур при сохранении достигнутого уровня плодородия почв.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Закономерности изменения почвенного плодородия в различных природно-сельскохозяйственных зонах по результатам широкомасштабного агрохимического обследования.
2. Количественная зависимость урожайности сельскохозяйственных культур от уровня плодородия почв и обеспеченности удобрениями на основе периодического агрохимического обследования почвенного покрова Европейской части России.
3. Пути создания рационального баланса элементов питания растений и увеличения размеров его приходных статей в почвах различных природно-сельскохозяйственных зон.
4. Система подходов к сохранению и регулированию почвенного плодородия и урожайности в условиях современного сельскохозяйственного производства.
Практическая значимость работы.
Предложенная автором система подходов к сохранению почвенного плодородия предназначена для принятия управленческих решений в системе Минсельхозпрода России, Агрохимслужбы, а также для сельскохозяйственных предприятий различных форм собственности. Предложенные разработки позволяют эффективно использовать имеющийся потенциал плодородия и, не снижая его, получать высокие урожаи сельскохозяйственных культур, что является первоочередной задачей в современных условиях сельскохозяйственного производства.
Апробация работы.
Результаты исследований доложены:
- на Коллегии Минсельхозпрода России "О концепции стабилизации и воспроизводства плодородия почв" 20.07.1999 г.;
- на Совете по аграрной политике при Минсельхозпроде России "О государственном регулировании обеспечения плодородия земель сельскохозяйственного назначения" 22.11.1999 г.;
- на Бюро отделения земледелия, мелиорации и лесного хозяйства РАСХН "Об организации научно-технологического обеспечения АПК по вопросам агрохимического обслуживания" 18.05.1999 г.;
- на VI научно-практической конференции "Научное обеспечение и совершенствование методологии агрохимического обслуживания земледелия России" 16-18.03.1999 г.;
- на научно-практической конференции "Меры по реализации закона о государственном регулировании обеспечения плодородия земель сельскохозяйственного назначения" 16.03.99 г.;
- на Советах директоров Агрохимслужбы: Владимир (1996 г., 1997 г.); Чебоксары (1997 г.); Астрахань (1998 г.); Йошкар-Ола (1998 г.); Краснодар (1998 г.); Москва (1999 г.); Омск (1999 г.);
- на совещаниях директоров Агрохимслужбы, Москва 1996-99 гг.
Под научно-методическим руководством автора подготовлены и
внесены в Правительство РФ проекты нормативных документов в развитие Закона РФ "О государственном регулировании обеспечения плодородия земель сельскохозяйственного назначения":
- проект Национального доклада "О состоянии плодородия земель сельскохозяйственного назначения, о государственном регулировании и государственной поддержке в области обеспечения плодородия земель сельскохозяйственного назначения";
- проект положения "О порядке проведения государственного контроля за воспроизводством плодородия земель сельскохозяйственного назначения";
- проект положения "О государственной агрохимической службе".
Публикации.
По материалам исследований опубликовано 28 работ, в т.ч. 2 монографии.
Структура н объем работы:
Диссертация состоит из введения, 5-ти глав, выводов, рекомендаций производству, списка литературы и приложения. Работа изложена на 328 страницах машинописного текста, включает 48 таблиц и 32 рисунка. Приложение состоит из 46 таблиц. Список цитируемой литературы представлен 358 источниками, в том числе 104 на иностранном языке.
В период подготовки данной работы автору в разное время, оказывали практическую помощь и поддержку научные сотрудники: П.Д. Музыкантов, Н.К. Панкова, E.H. Ефремов, В.Г. Прижукова, Р.Н. Попова, С.Б. Виноградова, Н.В. Бражникова и A.A. Григоров. Постоянную помощь в работе автору оказывал научный консультант - заслуженный деятель науки РФ, академик РАСХН, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Минеев В.Г. Считаю своей обязанностью и приятным долгом выразить всем им, а также руководству центров и станций Агрохимслужбы - "Нижегородский", "Ленинградский", "Новгородская", "Ивановская", "Владимирский", "Курский", "Ульяновский", "Ставропольский", "Оренбургский", "Марийский", "Воронежский", "Калмыцкая", искреннюю признательность и благодарность, за оказанную помощь и содействие в выполнении исследований, составивших содержание диссертации.
2. ОБЪЕКТЫ, МЕТОДЫ И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
Диссертационная работа выполнена в соответствии с тематическим планом НИР ЦИНАО в рамках программ РАСХН по проблемам: задание
(06.01) "Разработать и научно обосновать комплекс показателей, характеризующих плодородие почв Нечерноземной зоны Европейской части РФ";
(06.02) "Разработать методические основы прогнозирования эффективного плодородия почв сельскохозяйственных угодий по агрохимическим показателям"; (06.03) "Разработать научно-методические основы комплексной оценки плодородия почв пахотных земель Нечерноземной зоны Европейской части РФ"; (06.04) "Разработать методологию агрохимического обследования почв сельскохозяйственных угодий при ландшафтной системе земледелия"; (07.01) "Комплектование федеральной тематической картотеки результатов полевых опытов и разработка предложений по объемам и тематике опытов, проводимых Агрохимслужбой".
Исследования проведены на основе результатов широкомасштабного агрохимического обследования почв и результатов полевых опытов Агро-химслужбы и Географической сети в шести природно-сельскохозяйственных зонах Европейской территории страны на почвах, характерных для каждой зоны.
Природно-сельскохозяйственные зоны и провинции были выделены для исследований в соответствии с отраслевым классификатором 379002310 "ОК почвенных зон и провинций", разработанным ЦИНАО на основе "Природно-сельскохозяйственного районирования земельного фонда СССР".
Анализ динамики агрохимических показателей, и связь их с урожайностью проведен нами по семи периодам: 1965-70 гг., когда минеральные удобрения в большинстве областей вносились в незначительных количествах; 1971-75 гг., 1976-80 гг., 1981-85 гг., 1986-90 гг., когда постепенно наращивались дозы минеральных и органических удобрений; 1991-95 гг. и 1996-98 гг., когда внесение удобрений резко сократилось.
Общая выборка, при исследовании которой получен экспериментальный материал, включает 41116 тыс. га пашни, что составляет около 50% от площади пашни Европейской территории страны.
Полевые опьггы агрохимической службы, отбор почвенных образцов, проведение химических и инструментальных анализов проводили по соответствующим ГОСТам и ОСТам, разработанным ЦИНАО.
Определение количественной зависимости урожайности от агрохимических свойств почв и доз минеральных и органических удобрений проводили методом регрессионного анализа.
3. ДИНАМИКА АГРОХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
ЗОНАЛЬНЫХ ПОЧВ ЕВРОПЕЙСКОЙ ТЕРРИТОРИИ РФ
На основании обобщения и анализа данных агрохимических показателей почв на контрольных вариантах опытов Агрохимслужбы и результатов сплошного агрохимического обследования почв нами показана характеристика и динамика изменения плодородия по агрохимическим показателям в течение 1965-1998 гг. в зависимости от уровня применения удобрений в различных природно-сельскохозяйственных зонах Европейской части страны.
Дерново-подзолистые почвы среднетаежной и южнотаежно-лесной зон характеризуются низким содержанием гумуса, колебания которого в зависимости от гранулометрического состава почв составляют 1,7-2,1%, встречаются участки почв с содержанием гумуса 1,3%. Эти почвы имеют высокую кислотность, рНКС1, колеблется в пределах 4,1-6,2, гидролитическая кислотность составляет 1,7-5,2 мг-экв/100 г почвы. Обеспеченность подвижными формами фосфора низкая и варьирует в пределах от 4,5 до 13,0 мг/100 г почвы.
Пределы вариации содержания обменных форм калия более широкие и составляют 5,7-32,0 мг/100 г почвы (табл. 1).
Серые лесные почвы лесостепной зоны являются переходными от дерново-подзолистых к черноземам. Содержание гумуса в этих почвах значительно выше, чем в дерново-подзолистых, и варьирует от 1,9% в светло-серых до 3,8% в серых и темно-серых лесных почвах. Реакция почвенной среды в серых лесных почвах кислая, рНксь составляет 4,0-6,0, гидролитическая кислотность варьирует от 2,8 до 3,9 мг-экв/100 г почвы. Серые лесные почвы, также как и дерново-подзолистые, содержат незначительные количества подвижных форм фосфора и калия.
Черноземы выщелоченные и оподзоленные лесостепной зоны содержат от 4,5 до 7,2% гумуса, имеют гидролитическую кислотность от 4,0 до 7,6 мг-экв/100 г почвы, невысокое содержание подвижных форм фосфора 2,4-11,0 мг/100 г почвы (по Чирикову), лучше чем серые лесные почвы обеспечены подвижными формами калия - 7,5-15,3 мг/100 г.
Агрохимические показатели различных почв в контрольных вариантах опытов
Почва Кол. опытов Содержание гумуса, % Р2О5 | К20 рНм Нг
мг/100 г почвы мг-экв на 100 г почвы
1 2 3 4 1 5 6 7
М
1.6-3,9 4,1
1.7-5,2
2& 0,8-4,5 2,1 0,843
22 2,8-3,7
3,1-3,9
5^4 4,0-7,6 62 5,9-6,8
М 0,1-1,0
* - в числителе - средние значения - в знаменателе - крайние значения показателей
Черноземы обыкновенные степной зоны содержат от 4,5 до 7,2% гумуса, содержание подвижного фосфора невысокое - 7,3-8,1 мг/100 г почвы, содержание калия варьирует от 12,6 до 14,5 мг/100 г почвы.
В сухостепной зоне опыты проводились в основном на темно-каштановых почвах, для которых характерно достаточно высокое содержание гумуса - 3,5-5,3%, слабощелочная реакция, низкое содержание под-
Среднетаежная зона
Дерновоподзолистая:
- легкосуглинистая 8 1.86' 1,6-2,1 113 1Л 3,7-13,0 22 Ш 5,7-133 Ш 5^4 4,941 43
- среднесуглинистая 5 1,59-2,64 4,5-11,5 63-27,0 4,062
Южнотаежно-лесная зона
Дерновоподзолистая:
- легкосуглинистая 1.75 ТА Ш ¿3
8 1,3-2,42 6,0-133 9,4-17,0 43-6,0
-среднесуглинистая 15 М 1,3-3,0 63 5,6-10,4 183 9,4-32,0 5£ 4,1-6,0
Лесостепная зона
Светло-серая лесная 7 11 1,9-2,3 4*5 2,5-7,7 Ш 8,0-9,6 52 4,7-5,6
Серая лесная 5 и 3,0-3,86 12 5,6-8,0 92 7,1-ПД 52 5,0-5,6
Темно-серая лесная 3 1.5 3,0-3,7 6п_ 6,0-8,5 103 72-13,3 52 4,9-5,6
Чернозем 10 51 52 23 ¿5
выщелоченный 4,58-7,2 3,9-9,4 7,5-123 73-7,0
Чернозем 7 5.75 12 10^ 5£
оподзоленный 4,0-6,8 2,4-11,0 8,4-15,7 4,9-5,6
Степная зона
Чернозем 3 5Д 1А ш 72
обыкновенный 4,2-7,2 7,3-8,1 12,6-14,5 7,0-7,4
Сухостепная зона
Темно-каштановая 5 0.98 4Ы 72
3,5-5,3 0,8-1,5 35,546,9 7,0-7,5
вижного фосфора 0,8-1,5 мг/100 г почвы и высокое содержание калия 35,546,9 мг/100 г по Мачигину (табл. 1).
Анализ результатов агрохимических показателей почв на контрольных вариантах полевых опытов показывает, что до начала массового применения удобрений и химических мелиорантов на большей части земледельческой территории страны преобладали почвы с низким содержанием подвижных форм фосфора и калия, высокой степенью кислотности.
В период с 1965 по 1990 год, когда дозы минеральных удобрений в сельскохозяйственном производстве увеличились в 2-6 раз, а органических в 2 раза, наблюдалось повышение уровня плодородия почв основных при-родно-сельскохозяйственных зон.
Средневзвешенное содержание гумуса в почвах лесотундровой зоны в течение этого периода не изменилось и составило 1,9%. В почвах средне-таежной зоны содержание возросло на 0,3%, в почвах южнотаежно-лесной зоны средневзвешенное содержание гумуса увеличилось на 0,6%. В серых лесных почвах и черноземах лесостепной зоны также произошел положительный сдвиг в содержании гумуса на 0,3%, в степной зоне увеличение гумуса составило 0,5%. Изменение содержания гумуса в сухостепной зоне несущественно, что вероятно связано с низкими дозами применения органических удобрений (0,3-1,6 т/га) (табл. 2).
Таблица 2
Средневзвешенное содержание гумуса (%) в пахотных почвах различных природно-сельскохозяйственных зон
Природно-климатическая зона 19651970 гг. 19711975 гг. 19761980 гг. 19811985 гт. 19861990 гг. 19911995 гг. 19961998 гг.
Лесотундрово-северотаежная - - - 1,9 1,9 1,9 1,9
Среднетаежная - 2,0 2,0 2,3 2,3 2,3 2,0
Южнотаежно-лесная - - 1,6 1,8 2,2 2,2 2,0
Лесостепная:
серые лесные почвы - - 2,2 2,3 2,5 2,5 2,3
черноземы - - 4,0 4,2 4,2 4,3 4,0
среднее по зоне - - 3,2 3,5 3,5 3,5 3,2
Степная 4,0 - 3,5 4,0 4,0 4,0 3,8
Сухостепная - 2,1 2,0 2,0 2,1 2,0 1,7
Площади почв с кислой и очень кислой реакцией почвенной среды в 1965-1970 годы составляли в северотаежной зоне более 70%, среднетаеж-ной зоне более 45%, в южнотаежно-лесной зоне около 40%, в лесостепной 10% (рис. 1). Средневзвешенные значения рН составляли соответственно 4,5; 4,6; 4,6; 5,2.
• % площадей почв с рН < 5.0
- - - Площади известкованных почв, тыс.га в год
* - Темпы сокращения площадей кислых почв
I II III IV V VI VII
1965-70 1971-75 1976-80 1981-85 1986-90 1991-95 1996-98
Рис. 1 Динамика площадей почв с рН < 5,0 и объемов известкования по зонам и годам исследования
К 1990 году в результате мелиоративного и поддерживающего известкования площади кислых почв сократились в северотаежной зоне на 9,3%, в среднетаежной зоне на 28,9%, в южнотаежной зоне на 36,2%, в лесостепной на 6,7% (рис. 1). Средневзвешенные значения рН составляли соответственно 4,7; 5,3; 5,2; 5,3.
Площади почв с низким содержанием подвижного фосфора в 19651970 году составляли в северотаежной зоне 56,6%, среднетаежной зоне 50,3%, южнотаежно-лесной 66,8%, лесостепной 36,1, степной 59,1%, сухо-степной 41,8%. К 1990 году дозы внесения фосфорных удобрений возросли в северотаежной зоне в 2,1 раза, среднетаежной зоне в 1,7 раза, в южно-таежно-лесной зоне в 1,9 раза, в лесостепной в 3,2 раза, в степной зоне в 3,8 раза и сухостепной в 7 раз (рис. 2).
В результате чего площади почв с низким содержанием фосфора сократились к 1990 году в лесотундровой зоне в 1,2 раза, в среднетаежной зоне в 3,1 раза, в южнотаежно-лесной зоне в 3,8 раза, в лесостепной в 3,1 раза, в степной в 1,8 раза. В сухосгепной зоне площади почв с низким содержанием подвижного фосфора практически не изменились. Это связано в первую очередь с потерей элементов питания в результате эрозии. В расходных статьях баланса фосфора потеря его с эрозией составляет в почвах сухостепной и степной зон 4-6%.
Средневзвешенное содержание подвижного фосфора в подзолистых, дерново-подзолистых и серых лесных почвах до 1990 года возросло в 1,5-2 раза; в черноземах выщелоченных, оподзоленных и типичных увеличилось в 1,3-1,9 раза; в каштановых почвах сухостепной зоны изменения были незначительными (табл. 3).
Таблица 3
Средневзвешенное содержание подвижного фосфора (мг/100 г почвы)
Приро дно-сельскохозяйственная зона 19651970 гг. 19711975 гг. 19761980 гг. 19811985 гг. 19861990 гг. 19911995 гг. 19961998 гг.
Северотаежная 7,5 8,4 5,5 7,7 8,3 8,6 8,1
Среднетаежная 12,8 15,7 16,8 16,6 17,2 17,0 17,0
Южнотаежно-лесная 6,6 7,7 8,7 10,1 12,0 13,1 13,0
Лесостепная
(по методу Чирикова) 7,8 9,4 10,8 12,3 13,4 15,3 14,6
(по методу Кирсанова) 6,9 8,9 9,0 9,8 11,9 13,4 13,2
Степная (по методу Чирикова) 6,7 7,8 8,2 9,9 12,1 12,0 10,9
(по методу Мачигина) 2,0 2,0 2,0 2,0 2,5 3,0 2,9
Сухостепная 2,8 3,1 3,1 2,6 2,9 2,9 2,8
%
о ■&
о о -Во
I—
о
5
Ф
О. <И ■=£ О О
3 ?
о с с
I II III IV V VI VII
1965-70 1971-75 1976-80 1981-85 1986-90 1991-95 1996-98
Рис. 2 Динамика площадей почв с низким содержанием подвижного фосфора (% от объема выборки) по зонам
Площади почв с низким содержанием обменного калия в 1965-1970 гг. в северотаежной зоне составляли 32%, в среднетаежной - 38,5%, в южнотаежно-лесной зоне - 55%, в лесостепной - 9,6%, в степной - 7,1%, в сухостепной 0,9% (рис. 3).
Средневзвешенное содержание обменного калия в этот период составляло в северотаежной зоне 9,0 мг/100 г почвы, в среднетаежной зоне -12,7 мг/100 г, в южнотаежно-лесной - 9,1 мг/100 г, в лесостепной 12,9 мг/100 г в степной зоне 32,0 мг/100 г, в сухостепной 59,2 мг/100 г почвы.
Увеличение объемов внесения удобрений к 1990 году способствовало снижению площадей почв с низким содержанием калия в северотаежной и среднетаежной зонах в 1,5 раза, в южнотаежно-лесной в 2,3 раза, в лесостепной в 3 раза. В сухостепной зоне в связи с высоким содержанием обменного калия в почве эти изменения несущественны (табл. 4).
Таблица 4
Средневзвешенное содержание обменного калия (мг/100 г почвы)
Приро дно-сельскохозяйственная зона 19651970 гг. 19711975 гг. 19761980 гг. 19811985 гг. 19861990 гг. 19911995 гг. 19961998 гг.
Северотаежная 9,0 12,4 12,4 12,6 12,8 9,7 9,1
Среднетаежная 12,7 15,9 15,4 15,3 15,4 14,8 14,7
Южнотаежно-лесная 9,1 10,5 11,0 11,9 11,9 11,9 11,5
Лесостепная 12,9 12,3 12,8 13,3 13,7 14,0 13,8
Степная (по Мачигину) 32,0 33,9 32,0 33,0 33,1 32,5 33,4
Сухостепная (по Мачигину) - 59,2 57,8 57,0 57,0 55,0 57,0
Период с 1990 по 1998 гг. характеризовался резким снижением объемов агрохимических работ. Дозы внесения минеральных удобрений при этом сократились в северотаежной зоне в 5,8 раза, среднетаежной в 6,9 раза, в южнотаежно-лесной в 15,5 раза, в лесостепной в 3,6, в степной в 4,6, в сухостепной в 9,8 раза.
Объемы известкования к 1998 году составили 1,0-8,1 тыс. га в год, то есть известкование почв в настоящее время практически не проводится.
В связи с резким снижением объемов применения органических удобрений наметилась тенденция снижения средневзвешенного содержания гумуса в почвах практически всех природно-сельскохозяйственных зон на 0,2-0,3%.
Достигнутый к 1990 году уровень содержания подвижных форм фосфора в последующие годы существенно не изменился, вероятно, вследствие длительного последействия фосфорных удобрений. Однако, уже отмечена тенденция его снижения в почвах лесостепной и степной зон.
I II III IV V VI VII
1965-70 1971-75 1976-80 1981-85 1986-90 1991-95 1996-98
Рис. 3 Динамика площадей почв с низким содержанием обменного калия (% от объема выборки) по зонам
Калийный режим зоны нечерноземных почв после 1990 года складывался менее благоприятно, чем фосфорный. Наметилась тенденция увеличения площадей почв с низким содержанием калия. Скорость увеличения их составила в северотаежной зоне 1%, в среднетаежной зоне 0,25%, в южнотаежно-лесной 0,5% в год.
В степной и сухостепной зонах вследствие значительных запасов калия в черноземах и каштановых почвах содержание его подвижных форм существенно не изменилось.
4. ОЦЕНКА МЕТОДОВ H ГРАДАЦИЙ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЕСПЕЧЕННОСТИ ПОЧВ ПОДВИЖНЫМИ ФОРМАМИ КАЛИЯ И ФОСФОРА ПО ЗОНАМ ЕВРОПЕЙСКОЙ ТЕРРИТОРИИ СТРАНЫ
Одной из основных задач Агрохимслужбы было (и остается) обследование почв на содержание в них доступных форм фосфора и калия для оценки плодородия почв в отношении этих элементов и дифференцированного использования соответствующих удобрений.
В Агрохимслужбе приняты три основные метода определения подвижных форм фосфора и калия в почве: для почв нечерноземной зоны -метод Кирсанова (0,2н HCl), для почв лесостепной зоны и некарбонатных почв степи - Чирикова (0,5н, СН3СООН), для карбонатных почв степи и почв сухостепной зоны - Мачигина (1% (NH4)2C03).
Градации внедрены в Агрохимслужбу в начале 60-х годов. Исследования, проведенные в последние годы, показали, что принятые градации не всегда отражают действительную обеспеченность растений фосфором и калием.
Различная подвижность естественных фосфатов и калия, изменения свойств почвы, происходящие в процессе их окультуривания, замена старых сельскохозяйственных культур новыми - все это вызывает необходимость адаптации используемых градаций к конкретным современным условиям производства. Еще одной из причин, вызывающих необходимость совершенствования градаций, является различие методов и критериев оценки плодородия почв в отношении фосфора и калия, что приводит к несопоставимости полученных групп обеспеченности и к различным подходам к определению оптимальных доз удобрений.
Существуют две основные точки зрения по агрохимическому картированию почвы на обеспеченность фосфором: дополнение принятых методов определением степени подвижности фосфатов и использование новых методов.
По-нашему мнению, там, где новые методы научно обоснованы и для них разработаны градации обеспеченности, их целесообразно использовать при крупномасштабном агрохимическом обследовании почв сельскохозяйственных угодий. Там, где традиционные методы дают удовлетворительные результаты, нужно продолжить их использование, дополняя определение содержания фосфора определением степени его подвижности, имея при этом в виду жесткие сроки взятия образцов, их подготовку и проведение анализа при определении подвижности почвенных фосфатов. Одновременно должны быть проведены совместно с Геосетью полевых опытов с удобрениями исследования для внедрения достаточно чувствительного для периодической диагностики (желательно универсального) метода.
Метод Олсена принят в большинстве стран мира: он лучший для карбонатных почв (рН>7), нейтральных почв (с рН 6) и хорошие результаты дает на кислых (рН<5) и известкованных (рН>5) почвах. Метод принят в качестве стандарта ИСО.
На наш взгляд, при подборе более эффективного метода анализа по сравнению с принятыми методами Кирсанова и Чирикова метод Олсена, может служить эталоном.
Что касается слабосолевых вытяжек, то они могут быть эффективно использованы при оперативной диагностике, тем более, что наряду с определением потребности в течение вегетационного сезона в фосфоре, может быть одновременно определена потребность в азоте и других элементах питания.
Степень подвижности без определения запаса подвижного фосфора в почве, на наш взгляд, вообще не может служить целям агрохимического обследования почв. В тоже время, дополнение методов Чирикова и Кирсанова определением степени подвижности связано с технологическими трудностями. Следовательно, необходим подбор соответствующего метода и разработка для него градаций обеспеченности почв.
Значительные запасы калия в почвах и динамическое равновесие между различными его формами затрудняют выбор показателей, характеризующих способность почвы обеспечивать калийное питание растений. Рано или поздно, прямо или косвенно в процесс питания растений вовлекаются все формы почвенного калия. Поэтому при характеристике плодородия почв по обеспеченности их калием нужно учитывать не только легкоподвижные формы элемента, какими являются калий почвенного раствора и обменный, но и необменный калий первичных и глинистых минералов, служащих резервом пополнения обменного калия в почве, а также степень подвижности обменного калия, способность и скорость восстанов-
ления его из резервных форм. Однако надежных критериев для оценки эффекта от калия пока нет.
В практике агрохимического обследования основным показателем обеспеченности растений калием принято считать содержание обменного калия в почве. Но данные длительных опытов показывают, что при примерно одинаковом и невысоком содержании обменного калия в одних условиях можно получить очень большие прибавки урожаев от внесения калийных удобрений, а в других условиях калийные удобрения оказываются неэффективными.
Для прогноза эффективности калийных удобрений в зависимости от уровня обеспеченности почвы калием более всего пригодны опыты, в которых был бы предусмотрен учет последействия накопленного в почве калия. Однако такие опыты практически отсутствуют.
По нашему мнению для полной характеристики способности почв обеспечивать растения калием, наряду с определением обменного калия в почвах, при агрохимических обследованиях необходимо определять также степень его подвижности и содержания ближнего резерва обменного калия по Пчелкину.
При этом определение степени подвижности калия может проводиться в вытяжке, используемой для тестирования подвижности фосфора (0,02 н СаС12 1:5).
Как и в случае с фосфором, в ближайшие годы необходимо провести опытные исследования, в первую очередь для определения связи между степенью подвижности калия и эффективностью калийных удобрений, затем при выборе метода определения ближайшего резерва обменного калия, и для его оценки. При получении соответствующих данных, как и для фосфора, градации должны предусматривать комбинационные группировки: на нескольких уровнях содержания обменного калия строят 2-3 градации по его подвижности.
Учитывая различную требовательность сельскохозяйственных культур к условиям минерального питания, градации почв по содержанию питательных веществ в конкретном агроценозе и севообороте должны разрабатываться с учетом наиболее распространенных и требовательных культур.
5. КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ АГРОХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВ И НОРМ УДОБРЕНИЙ С УРОЖАЙНОСТЬЮ
Действие основных агрохимических показателей плодородия почвы на урожайность и качество растениеводческой продукции определяется с одной стороны биологическими особенностями культур и почвенными условиями - с другой. Из всех агрохимических показателей, определяющих урожайность культур, самая тесная связь отмечается со свойствами почвенного поглощающего комплекса. После известкования кислых почв, увеличения емкости поглощения на первое место по влиянию на урожай выходит запас питательных веществ в почве.
В таблице 5 показана тесная связь урожайности сельскохозяйственных культур с агрохимическими показателями почв. Более высокими коэффициентами корреляции характеризуется влияние степени кислотности на урожайность сахарной свеклы и яровой пшеницы, несколько меньшими - на урожайность озимой пшеницы, недостоверна связь с урожайностью картофеля. Влияние содержания подвижных форм фосфора и калия характеризуется высокими коэффициентами корреляции для всех культур на дерново-подзолистых и серых лесных почвах, связь содержания этих элементов с урожайностью озимой пшеницы и сахарной свеклы значительно ниже на черноземах. Влияние комплекса свойств почвы на урожайность культур характеризуется высокими и достоверными коэффициентами корреляции (0,45-0,78) на дерново-подзолистых и серых лесных почвах и более низкими (0,40-0,53) на черноземах. Значения коэффициентов множественной корреляции свидетельствуют о том, что варьирование урожайности культур на дерново-подзолистых и серых лесных почвах на 20,2-60,8%, а на черноземах от 16 до 28,1% зависело от агрохимических свойств почв.
Таблица 5
Коэффициенты корреляции и детерминации зависимости урожайности от агрохимических свойств почв
Содержание фос- Степень Комплекс свойств
Культура фора и калия кислотности рН (рН, гумус Р205, К20)
г 1 Д % Г 1 Д% г д%
Дерново-подзолистые и серые лесные почвы
Озимая пшеница 0,81 65,6 -0,73 53,3 0,75 56,2
Яровая пшеница 0,66 43,6 -0,62 38,4 0,78 50,8
Сахарная свекла 0,68 46,2 -0,82 67,2 0,76 57,8
Картофель 0,63 39,7 -0,26 (не достоверен) 0,45 20,2
Черноземы
Озимая пшеница 0,42 17,6 0,12 (недостоверен) 0,40 16,0
Сахарная свекла 0,56 31,4 0,11 (не достоверен) 0,53 28,1
Большой объем экспериментального материала, полученный в системе Агрохимслужбы, позволил нам проследить связь урожайности сельскохозяйственных культур с различными уровнями плодородия по комплексу агрохимических свойств почв (гумус, рН, Рг05, К20).
Связь урожайности со степенью окультуренности почв четко прослеживается в опытах, результаты которых приведены в таблице 6. Большой статистический материал был сгруппирован по трем уровням агрохимических показателей - низкий, средний, высокий, что соответствовало индексам окультуренности - 0,25; 0,55; 0,85.
Таблица 6
Урожайность сельскохозяйственных культур в зависимости от окультуренности почвы (на контрольных вариантах опытов)
Содержание мг/100 г почвы Урожай- Прибавка Относит, оценка урожайности
Культура Содержание гумуса % рН Р2О5 К20 нос-ть, ц/га от улучшения свойст в почвы ц/га Кол. опытов
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Дерново-подзолистая супесчаная почва среднетаежная зона
Озимая <1,3 4,0-4,5 5,0-10,0 5,0-10,0 8,2 - - 25
пшеница 1,1-1,5 4,6-5,0 10,1-17,5 10,1-15,0 14,2 6,0 1,7 20
1,6-2,0 5,6-6,0 17,6-22,0 >15,0 22,5 8,3 2,7 9
южнотаежно-лесная зона
1,0-1,5 4,0-4,5 5,0-10,0 5,0-10,0 10,4 - - 25
1,6-2,0 4,6-5,5 10,0-20,0 10,1-15,0 16,2 5,8 1,5 17
2,1-3,0 5,6-6,5 2,4-25,0 15,1-20,0 23,1 6,9 2,2 13
Яровая 1,0-1,5 4,0-4,5 5,0-10,0 5,1-10,0 12,5 - - 10
пшеница 1,6-2,5 4,6-5,5 10,1-20,0 10,1-20,0 22,0 9,5 1,7 12
2,1-3,5 5,6-6,5 20,1-25,0 20,1-25,0 26,1 4,1 2,1 15
Картофель 1,6-2,2 4,7-5,8 5,0-10,0 8,0-12,0 119 - - 23
1,8-2,3 5,0-6,0 14,0-18,0 15,0-20,0 132 13 1,1 40
2,3-3,0 5,1-6,0 >20,0 >20,0 150 18 1,3 18
Дерновоподзолистая суглинистая почва среднетаежная зона Озимая <1,5 4,0-4,5 5,0-10,0 5,0-10,0 12,0
пшеница 1,6-2,5 4,6-5,5 10,1-20,0 10,1-20,0 18,2 >2,5 5,6-6,5 20,1-30,0 20,1-30,0 29,1
южнотаежно-лесная зона 1,3-1,8 4,5-5,0 5,0-10,0 5,0-10,0 14,1 1,6-2,5 5,1-5,5 10,0-20,0 10,1-20,0 22,6 2,6-3,5 5,6-6,5 20,1-30,0 20,1-30,0 32,3
6,2 10,9
8,5 9,7
1,5 2,4
1,6 2,3
15 12 8
11
16 7
Продолжение таблицы б
1 1 2 1 з 1 4 | 5 | 6 7 1 8 1 9
Яровая 1,5-2,0 4,0-5,0 3,0-5,0 7,5-10,0 11,9 - 20
пшеница 1,8-3,0 5,1-6,0 5,1-10,0 9,0-17,5 17,3 5,4 1,4 12
2,1-3,5 5,5-6,5 10,1-20,0 15,0-20,0 23,2 5,9 1,9 8
северотаежная зона
Картофель 1,6-2,0 5,1-5,5 10,0-12,0 10,0-15,0 146 - - 8
2,5-3,2 5,4-6,0 29,0-25,0 15,0-20,0 182 36 1,2 5
среднетаежная зона
1,5-2,0 4,5-5,2 5,0-10,0 10-15 117 - - 12
1,8-2,4 4,5-5,0 11-13,5 15-20 127 10 1,1 9
2,4-3,4 5,1-5,6 >25,0 >20 250 123 2,1 4
южнотаежно-лесная зона
2,0-2,8 4,7-5,6 7,0-10,0 8,0-15,0 137 - - 14
2,2-2,6 4,7-5,2 16,0-17,5 17,5-22,5 165 28 1,2 14
2,2-3,1 4,8-5,2 >20,0 17,0-25,0 176 11 1,3 5
Серая лесная почва
лесостепная зона
Озимая >2,5 4,5-5,0 5-10 5-10 13,4 - - 6
пшеница 2,6-3,0 5,1-6,0 10,1-20 10,1-20 22,3 8,9 1,7 14
3,1-3,6 6,1-6,5 20,1-30,0 20,1-30,0 29,9 7,6 2,2 5
Яровая 2,5-4,5 5,0-5,5 5-10 8-14 14,0 - - 8
пшеница 2,545 5,1-6,0 10,1-15,0 12,0-20,0 16,8 2,8 1,2 12
2,5-4,5 5,5-6,5 15,1-20,0 12,0-20,0 19,6 2,8 1,4 6
Сахарная 4,8-5,6 4,9-5,2 5-8 8-13 187 - - 17
свекла 5,2-6,0 5,1-5,3 8-12 10-16 246 59 1,3 16
Картофель 2,6-3,0 4,8-5,6 8-14 8-12 117 - - 6
2,6-3,0 5,1-5,6 15-20 12,5-28 152 35 1,3 7
Чернозем выщелоченный
лесостепная зона
Озимая 5,5-6,5 5,0-6,0 3,0-7,5 7,5-15,0 17,5 - - 17
пшеница 6,0-7,0 6,1-6,8 7,6-12,5 15,1-20,0 23,6 6,1 1,3 21
6,0-7,0 6,1-6,7 12,6-20,0 20,1-30,0 27,0 3,4 1,5 14
Яровая 5,5-7,5 >7,0 1,0-1,5 20,0-40,0" 12,5 - - 21
пшеница 5,5-7,5 >7,0 1,6-3,0 20,0-40,0 14,2 1,7 1,1 16
5,5-7,5 >7,0 3,0-4,5 20,0-40,0 16,0 1,8 1,3 17
Сахарная 7,3-7,6 5,7-6,4 7,0-9,0 7,0-12 175 - - 28
свекла 7,8-8,2 6,1-6,5 9,0-12,0 7,0-12,0 210 35 1,2 23
степная зона
Озимая 3,5-4,5 5,0-6,5 5-10 15,0-22,0 35,2 - - 18
пшеница 3,5-5,0 5,0-6,5 10,1-20,0 15-20 39,0 3,8 1,1 21
Сахарная 4,8-5,2 5,1-5,5 6,0-8,0 10,0-12,0 159 - - 28
свекла 5,5-6,0 5,1-5,5 14,0-17,0 12,0-17,0 242 83 1,5 27
Чернозем обыкновенный
степная зона
Озимая 6,0-7,0 6,3-6,7 5,0-10,0 10,0-15,0 27,8 - - 23
пшеница 6,0-7,6 6,0-7,0 10,1-15,0 15,1-20,0 31,5 3,7 1,1 28
* по Мачигину
Урожайность всех испытуемых культур была самой высокой на почвах с индексом окультуренности 0,85. Наибольшая отзывчивость на улучшение комплекса агрохимических свойств отмечена у зерновых, и, в первую очередь, у озимой пшеницы. Прибавка урожайности озимой пшеницы от улучшения агрохимических свойств почв составила от 3,7 до 18,3 ц/га в зависимости от типа почвы и почвенно-климатической зоны. Менее отзывчив на изменение плодородия картофель, прибавка урожайности которого на высоком уровне плодородия составила от 35 до 133 ц/га. В среднем увеличение урожайности яровой пшеницы при изменении плодородия от низкого уровня до высокого на дерново-подзолистых почвах разного гранулометрического состава произошло в 2,4 раза, на серых лесных почвах -в 2,2 раза, на черноземах выщелоченных - в 1,3 раза, черноземах обыкновенных - 1,1 раза. Увеличение урожайности яровой пшеницы составило соответственно типам почв 2,0-1,4-1,3 раза. Урожайность картофеля на дерново-подзолистых почвах увеличилась в среднем в 1,5 раза, на серых лесных почвах в 1,3 раза.
Исходя из этого нами был проведен анализ количественной зависимости урожайности и эффективности удобрений от агрохимических свойств почв в производственных условиях различных зон страны.
В таблице 7 представлены коэффициенты парной корреляции средневзвешенного содержания подвижных форм фосфора и калия, величины рН и доз удобрений с урожайностью сельскохозяйственных культур. В природно-сельскохозяйственных зонах с преобладанием кислых почв наиболее тесная связь урожайности отмечается с величиной рН, далее идет фосфор, за ним калий. В степной и сухостепной зоне коэффициенты корреляции по фосфору низкие, по калию недостоверны. Отмечена тесная корреляционная связь величины урожайности с дозами удобрений.
Таблица 7
Коэффициенты парной корреляции агрохимических показателей почвы и урожайности сельскохозяйственных культур в производственных условиях
Зона Агрохимические показатели Индекс окультур. Нота Норма удобрений
рН 1 Р2О5 I К20
Северотаежная 0,45 0,44 0,42 0,48 0,91
Среднетаежная 0,44 0,26 0,20* 0,43 0,93
Южнотаежно-лесная 0,45 0,30 0,28 0,40 0,89
Лесостепная 0,50 0,50 0,49 0,56 0,70
Степная - 0,25 0,12* 0,27 0,90
Сухостепная - 0,23* 0,08* 0,22* 0,79
* - коэффициенты корреляции недостоверны Примечание: каждая величина является усредненной из ряда первичных данных.
Результаты отечественных и зарубежных исследований показывают, что высокую урожайность сельскохозяйственных культур можно достигнуть только сбалансированным минеральным питанием.
До 1990 года для нашей страны были характерны нарастающие темпы объемов применения минеральных удобрений, в последующие годы произошло резкое их снижение.
В таблице 8 показана динамика применения минеральных удобрений, изменения урожайности и агрохимических показателей почв в различных природно-сельскохозяйственных зонах.
Таблица 8
Динамика урожайности сельскохозяйственных культур в зависимости от агрохимических свойств почв и доз внесения удобрений
Содер Содержание мг/100 кг почвы Урожайность Ин- Внесе-
Годы жа- всего, декс но
иссле- нне рн озим. кар- основ- оку- удоб-
дова- гуму- Р205 К20 пше- то- ные льту- рения,
ния са, % ница, ц/га фель, ц/га культуры, ц з.е./га рен-ности кг д.в./га
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Северотаежная зона
1965-70 - 4,5 7,5 9,0 - 75 18,3 0,43 85
1971-75 - 4,6 8,4 12,4 23,1 146 25,9 0,53 109
1976-80 - 4,6 5,5 12,4 12,4 162 28,3 0,50 192
1981-85 1,9 4,6 7,7 12,6 12,6 104 25,5 0,46 205
1986-90 1,9 4,7 8,3 12,8 19,4 103 25,8 0,53 181
1991-95 1,9 4,8 8,6 9,7 11,7 82 19,4 0,58 68
1996-98 1,9 4,9 8,1 9,1 12,2 82 17,8 0,57 35
Среднетаежная зона
1965-70 - 4,6 12,8 12,7 16,9 132 30,6 0,56 170
1971-75 2,0 5,0 15,7 15,9 19,0 145 32,5 0,74 264
1976-80 2,0 5,1 16,8 15,4 17,8 128 28,9 0,77 262
1981-85 2,3 5,2 16,6 15,3 19,0 141 38,7 0,82 338
1986-90 2,3 5,3 17,2 15,4 19,5 127 29,0 0,83 296
1991-95 2,3 5,3 17,0 14,8 17,5 100 25,1 0,80 119
1996-98 2,0 5,3 17,0 14,7 15,1 113 23,3 0,76 48
Южнотаежно-лесная зона
1965-70 - 4,6 6,6 9,1 9,3 100,5 14,7 0,40 71
1971-75 - 4,7 7,7 10,5 13,2 104,2 15,9 0,45 106
1976-80 1,6 4,9 8,7 11,0 12,5 82,5 14,0 0,47 137
1981-85 1,8 5,2 10,1 11,9 15,1 87 . 20,1 0,58 152
1986-90 2,2 5,3 12,0 11,9 17,0 87 15,9 0,67 140
1991-95 2,2 5,5 13,1 11,9 13,4 96 16,4 0,72 61
1996-98 2,0 5,4 13,0 11,5 12,2 72 12,6 0,69 9,8
Продолжение таблицы 8
1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 1 7 1 8 1 9 1 10
Лесостепная зона (по Чирикову)
' 1965-70 5,2 7,8 12,9 19,3 84 20,4 0,54 39
1971-75 - 5,3 9,4 12,3 19,7 87 19,9 0,56 65
1976-80 3,2 5,5 10,8 12,8 19,8 75 20,1 0,56 94
1981-85 3,5 5,3 12,3 13,3 20,5 78 22,0 0,58 121
1986-90 3,5 5,3 13,4 13,7 25,5 81 26,5 0,60 127
1991-95 3,6 5,3 15,3 14,0 22,8 78 24,2 0,63 72
1996-98 3,2 5,4 14,6 13,8 20,3 81 22,7 0,62 34
Степная зона (по Мачигину)
1965-70 - 7,2 6,7 32 19,2 93 22,2 0,78 25,7
1971-75 - 7,2 7,8 33,9 20,5 82 22,7 0,81 42
1976-80 3,5 7,2 8,2 32 24,1 78 25,3 0,78 54
1981-85 4,0 7,3 9,9 33 22,5 84 25,4 0,81 79
1986-90 4,0 7,3 12,1 33,1 29,9 107 30,1 0,84 99
1991-95 4,0 7,5 12,0 32,5 27,0 88 25,9 0,84 42
1996-98 3,8 7,5 10,9 33,4 24,6 67 20,8 0,80 17
Сухосгепная зона (по Мачигину)
1965-70 - 7,5 2,8 - 13,3 72 10,8 3,8
1971-75 2,1 7,5 3,1 59,2 14,0 69 12,5 0,88 7,8
1976-80 2,0 7,6 3,1 57,8 15,1 73 15,4 0,88 15,4
1981-85 2,0 7,5 2,6 57,0 15,3 62 14,6 0,81 26,5
1986-90 2,1 7,7 2,9 57,0 20,0 63,0 16,3 0,86 26,5
1991-95 2,0 7,5 2,9 55,0 16,9 71 13,7 0,86 6,5
1996-98 1,7 7,6 2,8 57,0 15,1 74 13,7 0,80 2,7
НСРо,95 1,2 7,6 1,1
Примечание: каждая величина является усредненной из ряда первичных данных обследованной выборки.
Урожайность сельскохозяйственных культур в 1965-70 гг. составляла в среднем: в северотаежной зоне - 18,3 ц з.е./га, в среднетаежной - 30,6 ц з.е./га, южнотаежной - 14,7 ц з.е./га, лесостепной - 20,4 ц з.е./га, в степной - 22,2 ц з.е./га, сухостепной - 10,8 ц з.е./га. В период с 1986 по 1990 гг. урожайность составила соответственно по зонам 25,8 ц з.е./га; 20,1 ц з.е./га; 26,5 ц з.еУга; 30,1 ц з.е./га; 16.3 ц з.е./га. К 1999 году урожайность в северотаежной зоне составила 17,8 ц з.е./га, среднетаежной - 23.3 ц з.е./га, в южнотаежно-лесной - 12,6 ц з.е./га, лесостепной - 22,7 ц з.е./га, степной - 20,8 ц з.е./га, сухостепной - 13,7 ц з.е./га.
С 1965 по 1985 гг. дозы применения минеральных удобрений увеличились в северотаежной зоне в 2,4 раза, в среднетаежной в 1,9 раза, в южнотаежной в 2,1, в лесостепной в 3,0 раза, в степной в 3,8 раза, в сухостепной в 6,5 раза. Урожайность всех культур в пересчете на зерновые единицы увеличилась соответственно в 1,4; 1,7; 1,6; 1,2; 1,4; 1,2 раза. Период с 1986 по 1998 год характеризовался снижением доз удобрений. В северотаежной зоне количество внесенных удобрений уменьшилось в 5,8 раза,
среднетаежной в 6,9 раза, в южнотаежной в 15,5, лесостепной в 3,6, степной в 4,6 раза и в сухостепной в 9,8 раза. Снижение уровня урожайности составило соответственно 1,4; 1,7; 1,6; 1,2; 1,4; 1,2 раза (табл. 9).
Колебания в урожайности были вызваны колебаниями, применяемых доз удобрений на 49-86,9%. Коэффициенты детерминации для зерновых культур были ниже и колебались от 27,1 до 67,2% в зависимости от природно-сельскохозяйственной зоны. Изменения урожайности при изменении дозы удобрений на 1 кг/га в среднем составили от 0,1 до 1,3 ц з.е./га, для зерновых культур от 0,2 до 1,8 ц з.е./га (табл. 8,9).
Таблица 9
Относительная оценка изменений урожайности
сельскохозяйственных культур и доз внесения удобрений
Зона 1965-1985 гг. 1986-1998 гг. Уравнение регрессии У=а+вх Д%
доза удобрений урожайность доза удобрений урожайность
Северотаежная +2,4 +1,4 -5,8 -1,4 У=17,392+0,049Х 82,3
Среднетаежная +1,9 +1,7 -6,9 -1,7 У=20,891+0,041Х 86,9
Южнотаежно- 79,7
лесная +2,1 +1,6 -15,5 -1,6 У=13,875+0,011Х
Лесостепная +3,0 +1,2 -3,6 -1,2 У=19,994+0,029Х 49,0
Степная +3,8 +1,4 -4,6 -1,4 У=19,724+0,096Х 81,0
Сухостепная +6,5 +1,2 -9,8 -1,2 У=12,147+0,134Х 62,3
Следовательно, рост применения минеральных удобрений не сопровождался соответствующим увеличением урожайности сельскохозяйственных культур. Наиболее тесная связь была в зоне дерново-подзолистых почв (среднетаежная, южнотаежная зоны). Почти во всех зонах к 1990 году содержание элементов питания в почвах за счет применения минеральных и органических удобрений приблизилось к оптимальным уровням, кроме содержания гумуса и рН в дерново-подзолистых и серых лесных почвах. Резкое снижение доз удобрений после 1990 года не вызвало катастрофического снижения урожайности сельскохозяйственных культур, вследствие достигнутого к этому времени уровня содержания питательных веществ. Во всех зонах отмечена связь урожайности со степенью окультуренности почв (табл. 6). Вместе с тем, степень зависимости урожайности сельскохозяйственных культур от окультуренности почв в производственных условиях значительно ниже, чем по результатам опытов Агрохимслужбы.
Долевое участие удобрений при формировании урожая сельскохозяйственных культур в зависимости от зоны колеблется от 10,4 до 36,7% и уменьшается от зоны дерново-подзолистых почв к зоне черноземов. Сте-
пень участия окультуренности почв составила 20,1-44,3%, увеличиваясь на черноземных почвах, что значительно ниже, чем в опытах (табл. 10).
По обобщенным данным полевых опытов Агрохимической службы и Географической сети, долевое участие почвенного плодородия составляет 50-60% в дерново-подзолистых почвах, на серых и темно-серых лесных почвах - 73-78%, на черноземах типичных 78-82% и на черноземах обыкновенных и южных - 81-82%.
По нашим данным наибольшее влияние на урожайность сельскохозяйственных культур в производственных условиях оказывали погодные условия, их долевое участие составляло от 40,9 до 59,1%, и было достаточно высоким во всех зонах, особенно в сухостепной (табл. 10).
Таблица 10
Долевое участие различных факторов в формировании урожайности сельскохозяйственных культур, (%)
Зона Удобрение NPK Степень окультуренности Ио™. Влияние погодных условий года
Северотаежная 34,4 21,3 44,3
Среднетаежная 36,7 23,5 39,8
Южнотаежно-лесная 30,5 20,1 49,4
Лесостепная 23,3 35,8 40,9
Степная 12,6 44,3 43,1
Сухостепная 10,4 30,5 59,1
Примечание: каждая величина является усредненной из ряда первичных данных arpo
химического обследования почв
Таким образом, анализ сопряженных данных урожайности и агрохимических свойств почв, проведенный на основании результатов полевых опытов Агрохимслужбы показал тесную корреляционную зависимость продуктивности со степенью окультуренности почв (г=0,53-0,57). Наибольшая отзывчивость на улучшение комплекса агрохимических свойств отмечена у зерновых на дерново-подзолистых и серых лесных почвах (г=0,53-0,55). На этих почвах получены высокие коэффициенты корреляции между урожайностью картофеля и содержанием обменного калия (г=0,68-0,77).
Анализ количественной зависимости урожайности от содержания элементов питания в почве в производственных условиях показал, что в зонах дерново-подзолистых и серых лесных почв наиболее тесная связь отмечается с величиной рН (г=0,45-0,50), далее идет фосфор (г=0,30-0,50), затем калий (г=0,28-0,49). В степной и сухостепной зонах коэффициенты корреляции по фосфору низкие (г=0,25) по калию недостоверны, отмечена тесная корреляционная зависимость с дозами удобрений (г=0,70-0,93).
6. ДИНАМИКА БАЛАНСА ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ
Баланс питательных веществ в земледелии отражает количественное изменение их запасов в почве в зависимости от поступления и расхода.
Анализ двадцатитрехлетних данных по балансу элементов питания, проведенный под руководством автора, показывает четко выраженную связь между изменением интенсивности баланса и содержанием в почве элементов питания.
Исследованиями, выполненными в длительных опытах Географической сети научных учреждений и Агрохимслужбы, показано, что суммарный расход питательных веществ на производство сельскохозяйственной продукции требует дифференцированной компенсации. Так для получения высоких и стабильных урожаев расход азота и калия нуждается в 100 % компенсации, приходные статьи по фосфору должны превышать расходные в 1,5-2 раза. В лесостепной зоне интенсивность баланса может быть несколько ниже - по азоту 85-90%, фосфору - 150-200% и калию - 5060%. В степной зоне соотношение меняется в пользу фосфора. Интенсивность баланса по фосфору должна составлять 200-250%, азота - 60-75%, калия - 25-30%.
По нашим расчетам фактическая интенсивность баланса в нечерноземной зоне с 1971 по 1990 гг. составляла по азоту - 120-200%, фосфору -260-640%, калию - 100-220% (табл. 11). Устойчивый положительный баланс (табл. 12-16) фосфора и калия сопровождался снижением площадей почв с низким содержанием этих элементов.
В районах лесостепи, степи (ЦЧО, Северный Кавказ) интенсивность баланса по азоту с 1971-1975 гг. составляла 70-100%, по фосфору - 110%, калию - 20-50%. К 1990 году возмещение расхода по азоту возросло до 120-130%, по фосфору - 250-260% и калию - 50-80% (табл. 11).
В районах сухостепи (Поволжье) интенсивность баланса с 1971 по 1990 год возросла по азоту с 70% до 110%, фосфору от 70 до 210%, калию от 20 до 40%. Баланс калия стабильно оставался отрицательным.
Период 1996-1998 гг. характеризовался отрицательным балансом по всем элементам, за исключением фосфора в северных районах (рис. 4, 5, табл. 12-16).
Доля различных статей в приходных и расходных частях баланса в течение двадцатилетнего периода существенно менялась в отношении азота и незначительно по калию (табл. 17-19). В связи со значительным снижением объемов минеральных удобрений возросла доля азотфиксации, увеличился вынос азота с урожаем, снизились потери элементов питания вследствие вымывания и эрозии.
Динамика интенсивности баланса питательных веществ, (%)
Регионы 1971-1975 гг. 1976-1980 гг. 1981-1985 гг.
N Р2О5 К20 N Р2О5 | К20 N Р2О5 1 к2о
Северный 120 340 120 150 550 160 160 490 160
Северо-Западный 140 440 140 160 680 220 170 640 190
Центральный 120 260 100 140 400 150 160 430 160
Центрально-
Черноземный 90 110 50 100 150 70 140 190 90
Поволжский 70 70 20 70 90 30 100 120 40
Северо-Кавказский 90 110 20 100 140 30 130 150 50
Европейская
территория 80 130 40 90 170 60 120 210 70
Продолжение таблицы 11
Регионы 1986-1990 гг. 1996-1998 гг.
N 1 Р2О5 | К20 N 1 Р2О5 1 к2о
Северный 200 640 190 120 220 60
Северо-Западный 190 640 190 90 140 40
Центральный 160 430 140 80 80 30
Центрально-Черноземный 130 260 80 80 70 20
Поволжский 110 210 40 70 60 20
Северо-Кавказский 120 250 50 70 50 10
Европейская территория 120 290 70 70 60 20
Таблица 12
Баланс азота, фосфора и калия, кг/га
Регионы
1971-1975 гг., среднее
N
Р2О5
к2о
Северный 13,5 21,6 11,5
Северо-Западный 25,6 36,9 21,4
Центральный 9,9 21,3 2,4
Центрально-Черноземный -4,9 1,8 -28,1
Поволжский -12,2 -2,9 -32,1
Северо-Кавказский -1,3 1,8 -42,1
Европейская территория -7,1 3,5 -24,4
Баланс азота, фосфора и калия (кг/га)
Регионы
1976-1980 гг.
n
Р2О5 |
к2о
Северный 31,6 43,2 32,5
Северо-Западный 42,8 56,6 67,0
Центральный 24,2 36,5 24,4
Центрально-Черноземный 3,2 8,9 -17,4
Поволжский -13,1 -1,3 -35,4
Северо-Кавказский 2,7 6,8 -41,1
Европейская территория -3,7 9,9 -20,3
Баланс азота, фосфора и калия (кг/га)
Таблица 14
Регионы
1981-1985 гг.
N
р2о5
к2о
Северный 43,6
Северо-Западный 51,6
Центральный 33,6
Центрально-Черноземный 23,3
Поволжский 1,3
Северо-Кавказский 16,5
Европейская территория 8,2
47,7 59,9
39.6 14,2 2,9
10.7 13,4
38,0 56,0 28,7 -6,1 -26,4 -32,9 -13,3
Баланс азота, фосфора и калия (кг/га)
Таблица 15
Регионы
1986-1990 гг.
n
_Рг05_
К20
Северный 64,7 60,7 50,7
Северо-Западный 63,7 60,7 55,1
Центральный 37,8 46,7 23,1
Центрально-Черноземный 25,3 33,7 -13,8
Поволжский 3,7 15,0 -29,4
Северо-Кавказский 11,7 32,5 -39,0
Европейская территория 12,6 26,9 -14,9
Баланс азота, фосфора и калия (кг/га)
Регионы 1996-1998 гг.
N 1 Р2О5 I к2о
Северный 6,4 9,0 -14,6
Северо-Западный -2,7 2,4 -21,2
Центральный -8,5 -1,5 -27,2
Центрально-Черноземный -7,5 -4,0 -32,8
Поволжский -13,3 -5,1 -33,3
Северо-Кавказский -15,6 -6,5 -44,9
Европейская территория -12,8 -3,9 -30,8
Таблица 17
Долевое участие различных статей в балансе азота, (% от общего количества поступления и расхода)
Приходные статьи баланса Расходные статьи баланса
Удобрения атмосферные осадки денит рифи-кация эрозия, вымы вание
Годы минеральные орга ни-чес-кие семе на азот-фиксация вынос урожаем вынос сорняками баланс, + - кг/га
Нечерноземная зона
1971-1975 53 25 5 7 10 58 5 6 31 16,3
1976-1980 55 26 4 6 9 57 6 8 29 32,9
1981-1985 54 29 3 5 8 58 5 9 28 43,0
1986-1990 54 30 3 5 8 63 5 9 23 55,4
1996-1998 36 23 7 10 24 71 6 2 21 -1,6
Степная и сухосгепная зоны
1971-1975 39 17 7 17 20 78 9 3 10 -6,1
1976-1980 46 16 6 14 18 77 9 4 10 -2,3
1981-1985 48 21 3 12 16 76 8 6 9 13,7
1986-1990 52 20 4 10 14 78 8 6 8 13,6
1996-1998 37 13 7 16 27 79 9 2 10 -12,2
Долевое участие различных статей в балансе фосфора, (% от общего количества поступления и расхода)
Годы Приходные статьи баланса Расходные статьи баланса Баланс, кг/га ±
Удобрения семена вынос урожаем вынос сорняками эрозия
минеральные органические
Нечерноземная зона
1971-1975 69 28 3 88 10 2 26,6
1976-1980 73 25 2 88 10 2 45,5
1981-1985 67 31 2 89 9 2 49,1
1986-1990 67 31 2 90 8 2 56,1
1996-1998 39 52 9 88 10 2 3,3
Степная и сухосгепная зоны
1971-1975 65 29 6 86 10 4 0,2
1976-1980 72 24 4 86 8 6 4,8
1981-1985 62 35 3 86 10 4 9,3
1986-1990 77 21 2 88 9 3 27,1
1996-1998 60 30 10 85 10 5 -5,2
Таблица 19
Долевое участие различных статей в балансе калия, (% от общего количества поступления и расхода)
Приходные статьи Расходные статьи
Удоб рения семена вынос урожаем вынос сорняками вымывание, эрозия
минеральные органические
Нечерноземная зона
1971-1975 60 37 3 71 12 17 11,8
1976-1980 66 31 3 70 13 17 41,4
1981-1985 63 35 2 72 12 16 40,9
1986-1990 61 37 2 77 10 13 43,0
1996-1998 30 63 7 77 11 12 -21,0
Степная и сухосгепная зоны
1971-1975 42 52 6 77 16 7 -34,1
1976-1980 52 44 4 77 16 7 -31,3
1981-1985 44 52 4 78 16 6 -21,8
1986-1990 52 45 3 80 14 6 -27,4
1996-1998 29 60 11 76 17 7 -37,1
60 55 50
45 у
40
35
2
* 30 о
X
я
5 25 + ш
20 15 -10 у
5 0
-5 + -10 -15 + -20
1986-90
1971-75
1976-80
4
Ф
щ
Щ'
т
Щ
Ш
'к
ш
•XV э.
1
I
1981-85
п г*
Ш
I
щ
!
й
й
щ
и
щ
Щ ч
щ
Л'
щ
1991-95
ей
■У?
гЛ
□ Ы ШР ОК
Рис. 4 Динамика баланса азота, фосфора, калия в районах нечерноземной зоны
15 --
10 --
* 5 +
о X
п
5 о --ш
-5 --
-15 --
-30 -
-35 --
1986-90
1971-75
Ш
Ф
м
1
1
"1' •Ь
ж
к
1976-80
О"
яр
1981-85
т §
щ.1-
Ь-л
|
• 1
ЕШ ПР ПК
Рис. 5 Динамика баланса азота, фосфора, калия в районах черноземных и каштановых почв Европейской территории
Вынос элементов питания урожаем был низким, по азоту доля выноса колебалась от 57 до 71% в нечерноземной зоне и от 76 до 79% в лесостепной и степной зонах, по фосфору 86-90% и по калию 70-80%.
Высокая интенсивность баланса в нечерноземной зоне была обусловлена низкой окупаемостью удобрений урожаем. Это связано с одной стороны с неблагоприятными почвенно-климатическими условиями зоны - недостатком тепла, большим процентом переувлажненных почв, неудовлетворительными физическими свойствами, с другой стороны низкой общей культурой земледелия.
В районах степи и лесостепи баланс питательных веществ был близок к оптимальному, урожайность практически всех возделываемых культур была более высокой и стабильной (табл. 8).
В районах сухой степи (Поволжье), жесткие климатические условия, значительный процент неблагоприятных по агрохимическим показателям почв ограничивали получение высокой урожайности, что обусловило положительный баланс питательных веществ при относительно невысоком уровне применения удобрений (табл. 8).
Не использованные растениями элементы питания способствовали повышению плодородия почв. К 1990 году значительно снизились площади кислых почв, возросла доля почв с высоким содержанием фосфора, наибольший положительный сдвиг произошел в нечерноземной зоне. Содержание подвижных форм калия несколько увеличилось в нечерноземной зоне, где баланс калия был положительным.
В 1996-1998 гг., несмотря на снижение уровня урожайности, баланс по всем элементам стал отрицательным. Снижение урожайности в этот период не коррелировало с резко отрицательным балансом элементов питания вследствие достигнутого за предыдущие годы уровня плодородия почв.
Однако, при таком балансе без внесения удобрения, в течение 3-5 лет уровень урожайности сельскохозяйственных культур достигнет уровня пятидесятых годов, когда урожайность зерновых составляли 7,4 ц/га, сахарной свеклы - 105 ц/га, подсолнечника - 5,1 ц/га, картофеля - 81 ц/га.
До пятидесятых годов земледелие страны базировалось на экстенсивных методах: формирование урожайности сельскохозяйственных культур происходило за счет почвенных запасов элементов питания, фиксации биологического азота, а также элементов питания, поступающих с навозом, что привело к значительному истощению почв элементами питания.
Данные по интенсивности баланса в 1996-1998 гг. свидетельствуют о том, что низкий уровень применения удобрений вновь ведет к истощению почвенного плодородия. Отрицательный баланс по азоту (2,7-15,6 кг/га)
соответствует потерям этого элемента от 0,05 до 0,3 мг/100 г почвы в год. Истощение почвы по фосфору при балансе - 1,5-6,5 кг/га составит 0,02-0,1 мг/100 г почвы в год, по калию от 0,3 до 0,7 мг/100 г почвы в год. Следовательно, в течение 5-10 лет производство сельскохозяйственных культур без применения удобрений приведет к снижению содержания элементов питания в почве до уровня их в 1965-1970 гг.
Содержание подвижных форм фосфора и калия, величины рН к 1990 году приблизилось к оптимальному. Так в районах нечерноземной зоны содержание подвижного фосфора колебалось от 13,0 мг/100 г до
17.0 мг/100 г при оптимальных значениях 15,0-25,0 мг/100 г почвы. Средневзвешенное содержание подвижного калия достигло 12,8-15,4 мг/100 г почвы при оптимальных значениях 15,0-25 мг/100 г.
В районах степи средневзвешенное содержание фосфора составляло
12.1 мг/100 г при оптимальном 10,0-15 мг/100 г почвы (по Чирикову). В сухостепной зоне средневзвешенное содержание подвижного фосфора к 1990 году составило 2,9 мг/100 г (по Мачигину) при оптимальном 3,0-4,5 мг/100 г.
Как показал анализ научных исследований и результатов производственной деятельности сельскохозяйственных предприятий, баланс элементов питания и регулирование круговорота веществ, следует рассматривать как единый процесс в земледелии. Повышение продуктивности пашни может осуществляться как путем повышения плодородия почв, так и путем рационального использования других приемов земледелия - оптимизации подбора культур и сортов, севооборота, обработки почвы, создания благоприятного фитосанитарного режима.
Использование рациональных систем земледелия может значительно усилить целенаправленный процесс сохранения плодородия почв, увеличить интенсивность баланса элементов питания и органического вещества.
Для увеличения приходных статей баланса в производственных условиях необходимо в каждом конкретном хозяйстве начинать эту работу с экономического анализа. Нами создана информационная система, позволяющая провести анализ условий различных хозяйств и реализовать для этой цели имеющиеся ресурсы.
7. ЭКОНОМИКО-СТАТИСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ И УРОЖАЙНОСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР
7.1. Система регулирования почвенного плодородия
Нами разработана и предложена для использования система регулирования почвенного плодородия. Главная цель системы - сохранение и воспроизводство почвенного плодородия. Структура системы регулирования почвенного плодородия представлена на схеме (рис. 6). Она содержит две подсистемы: информационную и аналитическую, предназначенную для получения обобщенной информации из исходных данных.
Рис. 6 Структура системы регулирования почвенного плодородия
Информационный комплекс (ИК) предназначен для использования в учреждениях агрохимической службы.
Он позволяет оперативно накапливать, систематизировано хранить и своевременно получать достоверную информацию о состоянии и плодородии земель сельскохозяйственного назначения, а также обеспечивает работу с данными в разрезе административных районов, субъектов, экономических районов и России в целом по разделам:
1. Результаты агрохимического обследования сельскохозяйственных угодий;
2. Применение удобрений и мелиорантов;
3. Структура посевных площадей и урожайность сельскохозяйственных культур.
4. Агрометеорология;
5. Полевые опыты в системе Агрохимслужбы и Географической сети НИУ;
6. Геоинформационные данные.
Для работы с информационным комплексом пользователь не должен обладать специальными знаниями и владеть языками программирования. Достаточен пользовательский уровень оператора стандартных Windows приложений.
Все хранимые данные относятся к семи тематическим блокам:
1. Характеристики почвенного плодородия (результаты агрохимического обследования сельскохозяйственных угодий);
2. Применение удобрений и мелиорантов;
3. Урожайность сельскохозяйственных культур и структура посевных площадей;
4. Результаты полевых опытов в системе Агрохимслужбы;
5. Агрометеорологические показатели;
6. Геоинформационный комплекс (административно-территориальное и природно-климатическое деление, данные по ответственным учреждениям);
7. Структура банка данных и единицы измерения хранимых данных (служебная информация).
Все данные хранятся в нормализованных таблицах двух типов:
- таблицы с классификаторами и справочниками;
- таблицы для хранения ежегодной и ежемесячной (агроклиматические условия) информации.
Определенный состав хранимой информации разделяется на логические элементы, которые группируются в таблицы хранения, связанные между собой разного рода функциональными смысловыми реляционными связями. Логическая схема представляет собой 87 связанных между собой таблиц, описывающих поля для хранения данных по ниже перечисленным группам, а так же описывает структуру хранения справочной информации (классификаторы объектов).
Группа данных "Характеристики почвенного плодородия" представлена таблицами:
- площади сельскохозяйственных угодий по показателям;
- почвы сельскохозяйственных угодий;
- справочник-классификатор типов почв;
- справочник циклов обследования;
- справочник показателей;
- справочник методов определения показателя;
- справочники группировки почв по содержанию элементов питания;
- справочник значений диапазонов групп показателей;
- справочник видов сельскохозяйственных угодий.
Группы данных "Применение удобрений" и "Урожайность сельскохозяйственных культур" представлена таблицами:
- применение удобрений в ассортименте;
-применение удобрений в действующем веществе;
- общие и удобренные площади сельскохозяйственных угодий;
- применение удобрений в ассортименте под сельскохозяйственные культуры;
- применение удобрений в действующем веществе под сельскохозяйственные культуры;
- урожайность, валовые сборы и площади посева сельскохозяйственных культур;
- справочник-классификатор удобрений;
- справочник действующего вещества удобрений;
- справочник-классификатор сельскохозяйственных культур;
Каждая таблица, хранящая информационный материал, связана с группой таблиц обеспечивающих географическую привязку описываемого объекта.
Группа данных "Геоинформационный комплекс" представлена справочными таблицами:
- экономические районы России;
- субъекты России;
- административные районы субъектов России;
- природно-сельскохозяйственные зоны;
- природно-сельскохозяйственные провинции;
- учреждения Агрохимслужбы;
- зоны обслуживания учреждениями Агрохимслужбы. Группа данных "Полевые опыты" представлена таблицами:
- паспорт опыта;
- почвенные данные на год закладки;
- динамические свойства почвы по горизонтам;
- поделяночная почвенная агрохимическая характеристика;
- история поля за предыдущие три года;
- метеорология;
- фенологические наблюдения;
- орошение;
- варианты опыта;
- повторности опыта;
- общая доза элементов питания вносимая по вариантам опыта;
- формы, сроки и способы внесения минеральных удобрений;
- доза элементов питания минеральных удобрений по формам и срокам внесения;
- органические удобрения, используемые в опыте;
- внесение органических удобрений по вариантам;
- внесение мелиорантов по вариантам;
- качественные факторы по вариантам;
- урожаи поделяночно;
- содержание элементов питания в растениях по вариантам;
- содержание в растениях абсолютно-сухого вещества по вариантам;
- показатели качества основной продукции по вариантам.
Кроме этих таблиц группа данных "Полевые опыты" включает также следующие справочники:
- виды опыта;
- темы опыта;
- серии опыта;
- засорённость посевов;
- болезни сельскохозяйственных культур;
- вредители сельскохозяйственных культур;
- способы учёта урожая;
- способы уборки урожая;
- степени эродированности почв;
- классы семян и репродукции;
- фенологические фазы сельскохозяйственных культур;
- показатели качества сельскохозяйственных культур;
- способы орошения;
- почвенные показатели;
- методы определения;
- элементы питания;
- способы внесения удобрений;
- методы внесения удобрений;
- сроки внесения удобрений;
- динамические свойства почвы;
- горизонты почвы;
- сроки отбора почвенных образцов;
- группы качественных факторов;
- качественные факторы.
Группа "Агрометеорологическиеусловия" представлена таблицей:
- агрометеорологические данные;
Группа "Служебная информация" включает справочные таблицы:
- единицы измерений;
- группы единиц измерений;
- таблицы банка данных;
- поля таблиц банка данных.
Главное меню информационного комплекса представлено сложной комбинированной формой с возможностью работы, как в текстовом, так и в кнопочном режиме.
Банк данных Агрохимслужбы включает всю специальным образом организованную информацию, необходимую для решения комплексов задач управления и научной методологии агрохимической службы.
Ежегодная входная информация по каждому административному району представлена следующими формами:
Площади сельскохозяйственных угодий. Форма предназначена для ввода данных по размерам общих и удобренных площадей всех сельскохозяйственных угодий;
Площади сельскохозяйственных угодий по показателям плодородия. Форма предназначена для ввода данных по размерам площадей во всех группах показателей всех сельскохозяйственных угодий;
Распределение площадей сельскохозяйственных угодий по типам и подтипам почв. Форма предназначена для ввода данных о площадях почв в каждом сельскохозяйственном угодье.
Применение удобрений и мелиорантов. Форма служит для ввода данных о размерах удобренных площадей, о размерах поставки и использования удобрений и мелиорантов в ассортименте и в количестве действующего вещества.
Применение удобрений под культуры и структура посевных площадей. Форма служит для ввода следующих данных:
- площади посевов, валовые сборы и урожайность сельскохозяйственных культур;
- внесение удобрений в ассортименте под сельскохозяйственных культуры и удобренная площадь по сельскохозяйственным культурам;
- внесение удобрений в действующем веществе под сельскохозяйственных культуры.
Агроклиматические условия. Форма служит для ввода данных о сумме температур выше +10°С, средней влажности (ежемесячно) и сумме осадков (ежемесячно).
Полевые опыты. Форма служит для ввода информации об условиях и результатах проведённых полевых опытов. Включает в себя следующие подчинённые формы:
Паспорт опыта. Форма служит для ввода данных характеризующих опыт в целом, таких как опытная культура, вид, тема опыта, учреждение, проводившее опыт, руководитель опыта и т.д.
История поля. Форма предназначена для ввода информации о предшествующих культурах и внесении под них удобрений.
Метеорологические условия. Форма служит для ввода информации о климатических условиях, таких как сумма осадков и среднесуточная температура подекадно, на год проведения опыта.
Почвенные данные на год закладки. Форма используется для занесения информации, характеризующей пахотный слой почвы перед закладкой опыта.
Поделяночная агрохимическая характеристика пахотного слоя. Форма предназначена для записи значений агрохимических показателей почвы (рН, гумус, Р2О5, К2О) перед внесением удобрений.
Схема опыта. Форма используется для записи схемы опыта - общих доз, вносимых по вариантам минеральных и органических удобрений, мелиорантов; значения других изучаемых в опыте факторов.
Органические удобрения, применяемые в опыте. Форма служит для записи данных о химическом составе используемых в опыте органических удобрений.
Внесение минеральных удобрений. Форма предназначена для записи подробной информации о вносимых по вариантам минеральных удобрений, их форме, сроках и способах внесения.
Орошение. Форма используется для внесения данных сроках, способах и нормах полива в опытах с орошением.
Фенологические наблюдения. Форма служит для записи дат наступления фенологических фаз опытной культуры.
Урожаи поделяночно. Форма служит для заполнения данных о поде-ляночных урожаях (основной и побочной продукции), полученных в результате опыта.
Содержание элементов питания в продукции. Форма используется для внесения данных анализов (абсолютно-сухое вещество и элементы питания) основной и побочной продукции по вариантам опыта.
Показатели качества. Форма предназначена для записи данных показателей качества основной продукции по вариантам опыта.
Пакет прикладных программ.
Важнейшим и наиболее трудным этапом реализации системы регулирования плодородия почв является принятие решения о регулирующих действиях на почву. При этом в первую очередь необходимо сопоставить результаты с намеченной целью регулирования. Важно отметить, что результаты, которые мы хотим получить, должны быть предварительно обоснованы как потенциально возможные. Далее необходимо с помощью имеющихся моделей, программ сделать прогноз и оценку степени изменения объекта и имеющихся средств управления. Заключительная стадия -выбор наиболее выгодного в конкретных условиях пути достижения цели регулирования. Для этого используются математические методы оптимизации.
Пакет прикладных программ включает в себя несколько частей. Основными из них являются:
1. Программа контроля за регулированием плодородия почв:
- учет особенностей каждого участка;
- площадь экспозиции склона, положение в рельефе;
- экономическая оценка каждого участка;
- возможность сохранения и дальнейшего повышения плодородия почв;
- анализ состояния органического вещества почвы и элементов питания;
- анализ возможности повышения урожайности.
2. Программа планирования мер по регулированию плодородия
почв:
- шинирование севооборотов с балансовым подходом к содержанию питательных веществ;
- планирование урожайности, сроков и доз применения органических и минеральных удобрений;
- выбор систем обработки почв;
- планирование фитосанитарного состояния посевов и выбор методов его улучшения;
- выбор мелиоративных мероприятий для регулирования водного режима.
На основании разработанной системы, возможно устанавливать целесообразность использования земель под определенные культуры с учетом качества почв и природно-сельскохозяйственных зон.
Анализ накопленных нами данных показал, что основой для разработки моделей повышения урожайности культур могут служить принципы естественных экосистем и возможности использования гибкости природы - способности почвы длительное время сохранять достигнутый уровень плодородия.
7.2. Модель прогноза изменения урожайности
Одним из возможных вариантов прогноза урожайности нами предложена модель, которую можно реализовать по следующим принципам.
Известно, что продуктивность сельскохозяйственных растений зависит от их биологических особенностей, плодородия почв, агротехники и метеорологических условий.
Положительные изменения в ходе метеорологических элементов в одних районах страны нередко компенсируются отрицательными изменениями в других районах. Это значит, что в каждом конкретном году существуют вполне определенные зоны, в пределах которых посевные площади, занятые под одними культурами, экономически выгодно расширить, а посевы других уменьшить, исходя из биологических особенностей культур и ожидаемых природных условий. Однако, для того, чтобы принять решение об изменении структуры посевных площадей и перераспределении ресурсов хозяйства необходимо знать, какую урожайность дает та или иная сельскохозяйственная культура в конкретной области в условиях определенного года. При разработке такого прогноза появляется возможность решать вопросы, связанные со структурой посевных площадей, выбором сорта, нормой высева семян, дозами удобрений и т. д. не шаблонно, а с
учетом особенностей данного года и таким образом активно влиять на величину урожайности. Экономический эффект такого прогноза трудно переоценить. Однако, пока нет методов прогноза урожайности сельскохозяйственных культур, которые составлялись бы с учетом решения указанных задач. Для этого необходимо, чтобы сведения об ожидаемой урожайности сельскохозяйственных культур поступали бы не менее, чем за месяц до начала сева. Однако, составлять прогноз урожайности в соответствии с метеорологическими прогнозами нецелесообразно. Лучше, используя данные метеорологии, непосредственно связать их с урожайностью и другими признаками.
Предложенная нами имитационная модель прогноза корректировки площадей (на основе прогноза урожайности) культур для определенного года разрабатывается по следующей схеме.
Для работы использованы статистические материалы созданного нами банка данных, а также материалы опытов Географической сети и Гидрометеорологической службы.
Независимыми переменными было взято большое количество показателей: температура воздуха, количество осадков, запасы влаги в почве, содержание элементов питания - нитратного азота, подвижных форм калия и фосфора, вынос элементов питания, коэффициенты использования азота, фосфора, калия из удобрений и при естественном плодородии химический состав растений, уровень агротехники, севооборот, сорт. Функцией служила урожайность озимой пшеницы и картофеля.
Получены матрицы коэффициентов корреляции между этими показателями и урожайностью, отобраны факторы наиболее тесно связанные с урожайностью. Все они были разделены на две группы в зависимости от величины коэффициентов корреляции: 1. г < 0,45; 2. г > 0,45.
Для каждой группы факторов в каждом году найден интегральный показатель:
где а; - фактор, входящий в данную группу;
§1 - среднее квадратичное отклонение ¡-го фактора;
п - число факторов в группе.
Интегральные показатели группировали, создавая годы-аналоги.
Чтобы данные разных лет были сравнимы между собой, факторы были представлены в долях к предыдущему или последующему году (относительные величины).
Полученные результаты показали интересные закономерности. Например, в год, предшествующий "зерновому году" коэффициенты использования элементов питания выше, чем в остальные годы, меняется также химический состав растений. Принято считать, что коэффициенты использования ИРК минеральных удобрений зерновыми культурами . в среднем принимается равными для азота 60%, фосфора 20% и калия 70%, а в последействии соответственно 10, 15 и 10%. Однако, колебания коэффициентов использования элементов питания составляют для азота 30-85%, фосфора 2-35%, калия 30-75%. Из почвы зерновые культуры могут усвоить 20% азота, 5% фосфора и 20% калия, хотя крайние значения этих коэффициентов также сильно изменяются в зависимости от вида сельскохозяйственных культур, сорта, агротехники, почвенных и погодных условий и, как показали результаты нашего анализа, они могут служить прогнозной характеристикой.
Использованная в данной работе в качестве первого шага схема позволяет достаточно серьезно отнестись к возможности прогноза урожайности определенной культуры по годам. Тем не менее, на данном этапе предложенную схему расчетного прогноза по годам-аналогам следует рассматривать как эксперимент, дающий основание развивать работу в этом направлении.
Таким образом, разработанная нами система позволяет получать научно обоснованную урожайность сельскохозяйственных культур путем целенаправленного регулирования всех ее составляющих - природных, экономических и научно-организационных.
Большинство моделей плодородия описывает прошлый опыт науки и практики, поэтому при коренных изменениях условий ведения хозяйства (агротехники, количества удобрений, сортов растений и т.п.) прогноз ненадежен. Преимущество нашей системы состоит в том, что мы постоянно пополняем информационную базу оперативными данными о результатах агрохимического обследования сельскохозяйственных угодий, об использовании удобрений и мелиорантов, о структуре посевных площадей, урожайности сельскохозяйственных культур, о результатах полевых опытов и состоянии экономики в разрезе природно-сельскохозяйственных зон, экономических и природно-сельскохозяйственных структур.
ВЫВОДЫ
1. Исследования, выполненные в системе Агрохимслужбы и в производственных условиях Европейской территории страны, показали, что нарастающие темпы применения удобрений в производственных условиях (в период 1965-1990 гг.) обеспечили повышение плодородия почв:
- средневзвешенное содержание гумуса в пахотных почвах увеличилось на 0,1-0,3 %, за исключением сухостепной зоны;
- площади почв с рН <5 сократились в два раза; скорость увеличения средневзвешенного значения рН составила 0,1 ед. в год;
- площади почв с низким содержанием фосфора в нечерноземной и лесостепной зонах сократились в три раза, в степной в 1,8 раза, скорость изменения средневзвешенного содержания Р2О5 составила в зоне дерново-подзолистых почв 0,05-0,22 мг/100 г почвы в год, в лесостепной зоне 0,3 мг/100 г почвы, в степной - 0,2 мг/100 г почвы;
- площади почв с низким содержанием калия снизились в нечерноземной зоне в 1,5-2,3 раза, в степной и сухостепной зонах изменений в содержании обменного калия не произошло; скорость изменения средневзвешенного содержания калия составила для дерновоподзолистых почв 0,11-0,15 мг/100 г почвы в год, для черноземов и серых лесных почв 0,030,04 мг/100 г почвы.
2. Величина урожайности сельскохозяйственных культур зависит от агрохимических свойств почв (содержание гумуса, рН, Р205, К20) и характеризуется коэффициентами корреляции:0,45-0,78 на дерново-подзолистых и серых лесных почвах и более низкими 0,40-0,53 на черноземах.
3. В производственных условиях коэффициенты парной корреляции средневзвешенного содержания подвижных форм фосфора и калия, величины рН и доз удобрений с урожайностью сельскохозяйственных культур значительно ниже, чем в полевых опытах.
В природно-сельскохозяйственных зонах с преобладанием кислых почв наиболее тесная связь урожайности отмечается с величиной рН -0,44-0,50; далее располагается фосфор 0,26-0,50, за ним калий 0,28-0,49. В степной и сухостепной зоне коэффициенты корреляции по фосфору низ-кие-0,25, по калию недостоверны.
Коэффициенты корреляции величины урожайности культур с дозами удобрений составляют 0,70-0,90.
4. Долевое участие удобрений в формировании урожая сельскохозяйственных культур в производственных условиях составляет: в нечерноземной зоне - 30,5-36,7%, в лесостепной зоне - 23,3%, в сухостепной и степной зонах 10,4-12,6%.
Долевое участие степени окультуренности в нечерноземной зоне составляет 20,1-23,5%, в лесостепной, степной и сухостепной зонах - 30,544,3%.
Долевое участие погодных условий колеблется в районах нечерноземной зоны от 39,8 до 49,4%; в районах лесостепной, и степной зон-40,9-43,1%; в сухостепной зоне составляет 59,1 %.
5. К 1990 году во всех природно-сельскохозяйственных зонах достигнет устойчивый положительный баланс всех элементов питания:
- интенсивность баланса в нечерноземной зоне до 1990 г. составляла по азоту 120-200%, по фосфору 260-640%, калию 100-220% и была обусловлена низкой окупаемостью удобрений.
- интенсивность баланса в районах степи и лесостепи к 1990 году была близка к оптимальной и составляла по азоту 120-130%, по фосфору -250-260% и калию - 50-80%.
6. Доля различных статей в приходных и расходных частях баланса в течение двадцатилетнего периода существенно изменялась только в отношении азота. В связи со снижением доли удобрений возросла доля азотофиксации с 10 до 24%, снизились потери азота вследствие денитри-фикации с 9 до 2% и вымывания с 31 до21%.
7. Период сельскохозяйственного использования земель с 1996 по 1998 гг. характеризовался отрицательным балансом по изучаемым элементам питания:
интенсивность баланса в нечерноземной зоне составляла по азоту 80-90%, по фосфору 80-200% и калию 30-60%;
интенсивность баланса в степной и лесостепной зонах составляла по азоту 40-80%, по фосфору 50-70% и калию 10-20%.
8. Уровень интенсивности баланса в период 1996-1998 гг. не коррелировал с урожайностью сельскохозяйственных культур вследствие достигнутого за предыдущий период уровня запасов питательных веществ.
9. Вследствие резкого сокращения объемов химизации наметилась тенденция снижения в почве подвижных форм фосфора, калия, гумуса:
- отрицательный баланс по азоту в размере 2,5-15,5 кг/га соответствует потерям этого элемента от 0,05 до 0,3 мг/100 г почвы в год;
- отрицательный баланс по фосфору в размере 1,5-6,5 кг/га соответствует потерям этого элемента 0,02-0,1 мг/100 г почвы в год;
- отрицательный баланс по калию в размере 14,5-45,5 кг/га соответствует 0,3-0,7 мг/100 г почвы в год.
10. Исследованиями установлено, что используемые методы тестирования почв на содержание фосфора и калия в некарбонатных почвах не в
полной мере отражают их способность обеспечивать растения этими элементами питания.
Для полной характеристики способности почв обеспечивать растения фосфором и калием, необходимо определять степень их подвижности.
Для определения степени подвижности фосфатов и калия в почвах необходимо внедрить в практику агрохимического обследования определение их в вытяжке (0,02н СаС12 при соотношении почвы к раствору 1:5).
11. Разработанная нами информационная система позволяет оценивать состояние плодородия почв, урожайности, климата и принимать решение о регулирующих действиях на почвенное плодородие с учетом экономической ситуации.
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ
1. При государственном планировании объемов агрохимических работ:
- необходимо учитывать естественную динамику изменения агрохимических показателей плодородия почв при применении агрохимикатов;
- для формирования заказа на производство объемов сельскохозяйственной продукции целесообразно использовать нормативы окупаемости минеральных удобрений под основные сельскохозяйственные культуры в производственных условиях;
- для достижения оптимальных уровней агрохимических показателей плодородия почв необходимо обеспечить объемы поставок и внесения минеральных, органических удобрений и химических мелиорантов, обеспечивающих положительный баланс питательных веществ.
2. Для государственного агрохимического обслуживания целесообразно внедрить разработанный информационный комплекс регулирования почвенного плодородия, включающий:
- накопление и систематизированное хранение данных по применения минеральных и органических удобрений, динамике изменения агрохимических показателей плодородия почв, объемах применения химических мелиорантов, структуре посевных площадей, урожайности сельскохозяйственных культур, а также метеорологических данных;
- моделирование и прогнозирование динамики изменения агрохимических показателей почвенного плодородия, баланса питательных веществ и урожайности сельскохозяйственных культур;
- анализ ситуации и принятие решений по применению минеральных и органических удобрений, объемов химической мелиорации, структуре посевных площадей и уровню производства сельскохозяйственной продукции.
Список работ, опубликованных по теме диссертации
1. Удобрения. Значение, эффективность применения. - М.: РАСХН, 1998. -375 с. (в соавт.)
2. Тенденции изменения агрохимических показателей плодородия почв
Европейской части России. - М.: ЦИНАО, 2000. - 180 с.
***
3. Эффективный путь интенсификации земледелия // Химия в сельском хо-зяйстве.-1985. - № И.-С. 11-14. (в соавт.)
4. Современные требования к химизации земледелия // Химия в сельском хозяйстве.-1986. № 12. - С. 71-72 (в соавт.)
5. Повысить эффективность севооборотов // Земледелие.-1987. - № 2.-С. 61-62. (в соавт.)
6. Распределение ассортимента минеральных удобрений // Химия в сельском хозяйстве.-1988. - №10. - С 13-14.
7. Применение удобрений под кормовую свеклу // Химизация сельского хозяйства,-1992. - № 1- С. 100-103.
8. Значение калия в плодородии полей России // Агрохимбизнес.-1997. -№23. -С. 34.
9. Плодородие почв и экологическая безопасность применения средств химизации // Агрохимический вестник.-1997. - №5. - С. 7.
10. Технология по обеспечению производства плодоовощной продукции, отвечающей нормативным требованиям и показателям пищевой безопасности. - М.: ЦИНАО, 1998. - 165 с. (в соавт.)
11. Нормативы для оценки урожайности зерновых культур и эффективности удобрений на основных почвах России с учетом их плодородия. - М.: ЦИНАО, 1998. - 60 с. (в соавт.)
12. Современное состояние и тенденции развития агрохимического обслуживания // Удобрения и химические мелиоранты в агроэкосистеме. Из-во МГУ, 1998.-С. 515-525.
13. Рекомендации по применению удобрений под овощные культуры в защищенном грунте. - М.: ЦИНАО, 1998.-100 с. (в соавт.)
14. Агрохимическое обслуживание: современное состояние и ближайшие задачи // Arpo XXI. - 1999. - №5. - С. 5-7.
15. Развитие информационных технологий в агрохимическом обслуживании сельского хозяйства // Сборник научных работ ЦИНАО. - М.: ЦИНАО, 1999. - С. 65-72. (в соавт.)
16. Итоги и дальнейшее совершенствование опытной работы агрохимической службы с удобрениями // Сборник научных работ ЦИНАО. - М.: ЦИНАО, 1999. - С. 73-93. (в соавт.)
17. Предпосылки создания компьютерной информационной системы Аг-рохимслужбы // Сборник научных работ ЦИНАО. - М.: ЦИНАО, 1999. -С. 113-116. (в соавт.)
18. О новых формах производственного и агрохимического обслуживания хозяйств в условиях рыночных отношений // Сборник научных работ ЦИНАО. - М.: ЦИНАО, 1999. - С. 196-201. (в соавт.)
19. Национальный доклад "О состоянии плодородия земель сельскохозяйственного назначения и о государственном регулировании и государственной поддержке в области обеспечения плодородия земель сельскохозяйственного назначения", (проект) - М.: ЦИНАО, 1999. - 102 с. (в соавт.) /одобрен Советом по аграрной политике и передан в Правительство РФ/
20. Положение "О порядке проведения государственного контроля за воспроизводством плодородия земель сельскохозяйственного назначения" (проект). - М.: ЦИНАО, 1999. - 30 с. (в соавт.) /одобрено Советом по аграрной политике и передано в Правительство РФ/
21. Положение "О государственной Агрохимической службе" (проект). -М.: ЦИНАО, 1999. - 25 с. (в соавт.) /одобрено Советом по аграрной политике и передано в Правительство РФ/
22. Технология подготовки чистых паров на Южном Урале. - М.: ЦИНАО, 2000.-30 с. (в соавт.)
23. Эколого-экономические основы и рекомендации по известкованию, адаптированные к конкретным почвенным условиям. - М.: ЦИНАО, 2000.
- 80 с. (в соавт.)
24. Методические указания по определению баланса питательных веществ азота, фосфора, калия, гумуса, кальция. - М.: ЦИНАО, 2000. - 40 с. (в соавт.)
25. Нормативы для оценки урожайности зерновых культур, сахарной свеклы, льна-долгунца, картофеля и эффективности удобрений на основных почвах России. - М.: ЦИНАО, 2000,- 64 с. (в соавт.)
26. Задачи ЦИНАО по совершенствованию методологии агрохимического обслуживания многоукладного сельского хозяйства // Научное обеспечение и совершенствование методологии агрохимического обслуживания земледелия России. Материалы научно-практической конференции. - М.: ЦИНАО, 2000. - С. 10-17.
27. Современное состояние и тенденции изменения агрохимических показателей плодородия почв аридной зоны // Материалы научно-практической конференции. - Астрахань, 2000. - 8 с. (в печати)
28. Методология и особенности проведения полевых опытов Агрохим-службы. // Материалы международной конференции. - С.-Петербург, 2000.
- 10 с. (в печати)
-
Сычев, Виктор Гаврилович
-
доктора сельскохозяйственных наук
-
Курск, 2000
-
ВАК 06.01.03
- Пути мобилизации и воспроизводства потенциального плодородия карбонатного чернозема
- Свойства дерново-подзолистых среднесуглинистых почв Московской области разной степени окультуренности
- Агрофизические и биологические основы повышения урожайности и плодородия дерново-подзолистых почв
- Влияние растений, удобрений, обработки почвы и их сочетаний на плодородие серых лесных почв и урожайность полевых культур в южной части Нечерноземной зоны России
- Агроэкологическое состояние почв Присимской лесостепи Республики Башкортостан и воспроизводство их плодородия
